环保型土壤固化剂在市政道路工程路基处置中的应用

陈兴帅

（菏泽市公路事业发展中心工程四处，山东 菏泽 274000）

引言

环保型路基土壤固化剂是在基础配方的基础上，就地取材，采用固体废弃物中的若干种复配，并添加少量的水泥熟料和激活剂制成。本工程中的固化剂原材料取自菏泽市东明县，产品类型为B类CG-1型环保型土壤固化剂，即加入土基后通过与路基土、水和空气的物理或化学反应，单独使用，不与无机结合料复掺使用的土壤固化剂，为粉体。

固化剂具有使用方便、施工工艺简单的特点，同时可替代大量的石灰、水泥、粉煤灰等传统筑路材料，在市政道路建设中使用固化剂能够节约材料成本，并且对自然资源与生态环境有保护作用。CG-1型土壤固化剂特点：（1）适用于各级公路的路床区域改善土及底基层二灰土改善，材料性能优异。同等掺量下，固化土的无侧限抗压强度、CBR 值、干湿循环、冻融循环等指标高于水泥土、石灰土及国内其他固化材料改善土。（2）土质适应性强。水泥在路基土这种欠水条件下固化效果有限，而该固化剂是一种专用于改善土的固化材料，对土体的适应性更强。（3）原材料环保且易得。主要原材料可就地取材，生产工艺简单且环保。（4）施工便捷，具有时间优势。（5）经济社会效益显著。主要原料为固弃物，经济效益显著；材料可实现废物利用和环保生产，环境社会效益显著。

1 工程应用

定胡路（长江东路至G327段）道路及配套工程全长约6 km，路面结构为2×15 cm8%石灰土+2×15 cm12%石灰土+54 cm水泥稳定碎石+8 cm中粒式沥青混合料+4 cm细粒式沥青混合料。在道路下行方向做4%、5%和6%固化土试验段。

2 原材料检测

2.1 路基填土

2.1.1 粉土

粉土取自定胡路，颗粒分析试验结果见表1。采用液塑限联合测定法测得液限为30.3，塑限为20.8，塑性指数为9.5。各样品综合考虑，最大干密度在1.82 g/cm3，最佳含水率在12.5%左右。

表1 粉土颗粒分析试验

2.1.2 粉质黏土

粉质黏土取自菏泽市牡丹区G240沿线，颗粒分析试验结果见表2。采用液塑限联合测定法测得液限为41.7，塑限为20.8，塑性指数为20.9。各样品综合考虑，最大干密度在1.85 g/cm3，最佳含水率在13.4%左右。

表2 粉质黏土颗粒分析试验

2.2 固化剂

固化剂检测指标见表3。

表3 固化剂检测指标

3 固化土技术指标

3.1 无侧限抗压强度

石灰稳定土、水泥稳定土和固化土无侧限抗压强度试验数据结果见表4。

表4 无侧限抗压强度数据

无侧限抗压强度是我国评价无机结合料类的重要指标，多按照7 d无侧限抗压强度进行评价。对路基填料，鉴于普通土体不具备测试无侧限抗压强度的条件，所以现行公路路基设计规范并未提出强度要求，而土壤经过固化后，可开展无侧限抗压强度试验，评价指标参照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20—2015）中对底基层的要求。

固化土在4%、5%、6%掺量下的无侧限抗压强度均超过极重交通一级公路对底基层的技术要求，可以作为路床区改善土及底基层材料。同等掺量下，其无侧限抗压强度明显优于石灰土和水泥改善土，6%固化土无侧限抗压强度超过10%水泥改善土。

3.2 承载力指标

评价标准参照《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）,CBR试验结果见表5。固化土的承载力CBR值明显高于水泥改善土，说明固化土的承载力良好，也反映出该固化土具有良好的水稳定性。

表5 承载力CBR值试验数据

3.3 干湿循环稳定系数

干湿循环试验能有效地模拟自然界干湿交替的不利因素对固化土耐久性的影响，根据循环过程的尺寸、质量的变化及试样最终的强度损失量评价固化土的耐久性，试验周期为28 d。干湿循环稳定系数试验结果见表6。固化土在干湿循环条件下，稳定性显著优于水泥改善土，说明水稳定耐久性良好。

表6 干湿循环稳定系数试验数据

3.4 冻融循环稳定系数

冻融循环试验能有效模拟在寒冷地区冻融交替对固化土耐久性的影响，冻融循环试验以规定龄期的固化土试件在经过数个冻融循环后饱水无侧限抗压强度与冻融循环前的无侧限抗压强度之比评价固化土的耐久性，试验周期28 d。冻融循环稳定系数试验结果见表7。固化土在冻融循环条件下，稳定性优于水泥改善土，说明冬季耐受冻融的耐久性 良好。

表7 冻融循环稳定系数试验数据

3.5 凝结时间影响系数

固化剂与路基土混合后，经过0 h、5 h、10 h、15 h后制件，进行无侧限抗压强度试验。试验表明，10 h以内制件对固化土的无侧限抗压强度基本无影响，凝结时间影响系数在100%以上，该技术可有效保证固化土的施工时间，争取出足够的人员及设备调度时间。而《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20—2015）中规定对水泥稳定材料宜在2 h内完成碾压成型，应取混合料的初凝时间与容许延迟时间较短的时间作为施工控制时间。

4 试验段情况

试验段施工7 d后进行了弯沉检测和现场取芯。4%固化土、5%固化土、6%固化土试验段弯沉平均值分别为80.1（0.1 mm）、61.3（0.1 mm）、37.2 （0.1 mm），均低于石灰土平均弯沉值116.8 （0.1 mm）。弯沉结果表明，固化土弯沉值远低于石灰土，说明固化剂对路基承载力及固化土层弹性模量的改善效果明显优于石灰土，且固化土取出完整芯样，石灰土未能取出。

5 经济效益分析

5.1 石灰土

固化土的最大干密度取1.80 g/cm3、湿密度取2.0 g/cm3、石灰按400元/t计算，石灰掺加量一般为12%，则每吨土固化成本为43.2 元。

5.2 水泥土

水泥单价按400 元/t计算，水泥土中水泥掺加量一般为4%～6%，则每吨土固化成本为18.0 元。

5.3 固化土

固化剂按400元/t计算，达到水泥土同等性能可适当降低固化剂掺量，每吨土固化成本为14.4 元。

6 结语

（1）材料性能优异、同等掺量下，固化土的无侧限抗压强度、CBR值、干湿循环系数、冻融循环系数和凝结时间影响系数等指标高于水泥土或石灰土，且7 d芯样完整、弯沉优于石灰土。（2）施工便捷，具有时间优势。施工工艺与石灰土、水泥土类似，强度形成时间介于水泥土和石灰土之间，有利于施工调度和强度形成。（3）经济效益显著。主要原料为固弃物，单位成本低于水泥、石灰，经济效益显著。